20%tercer corte
- 2. Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Extensión Maracaibo Escuela de Ingeniería de electrónica Autor: Duay Chávez Ci: 24263007
- 3. Introducción Cuando el flujo magnético producido por una bobina alcanza una segunda bobina Se dice que existe entre las dos bobinas un acople magnético, ya que el campo Magnético variable que llega a la segunda bobina produce un voltaje inducido en Esta, aun cuando la segunda bobina se encuentre en circuito abierto. De acuerdo a la ley de Faraday el voltaje inducido en una bobina en función del Flujo magnético es: ( ) ( ) dt V t N d t φ = En donde N es el número de vueltas de la bobina y φ (t) es el flujo magnético. El transformador es un dispositivo especialmente diseñado y fabricado para que el Acople magnético entre dos bobinas sea el mejor posible y permita inducir un Voltaje en la segunda bobina, llamada bobina secundaria, al aplicar una corriente Variable en la bobina primaria. Las aplicaciones de los transformadores son Múltiples: líneas de transmisión de alto voltaje, alimentación de equipos Electrónicos, sistemas de audio, automóviles, aislamiento eléctrico, equipos Médicos, etc. El transformador está formado por un núcleo, que suele ser un material Ferromagnético, para aumentar el acople magnético, y por las dos bobinas que en General se fabrican en cobre. Estas bobinas tendrán por supuesto una inductancia y una resistencia. El paso de la corriente por las bobinas produce por tanto Pérdidas de potencia en las resistencias de las bobinas. De igual manera existen Pérdidas de potencia asociadas al hecho de que no todo el flujo magnético Producido por la primera bobina pasa por la segunda bobina. Existen otras Pérdidas de potencia asociadas al calentamiento del material ferromagnético por Fenómenos de corrientes de Eddy y por histéresis del material. Un modelo que represente un transformador que tenga en cuenta todos estos Fenómenos es muy complejo, de manera que para simplificar se suele utilizar el Modelo ideal del transformador.
- 4. Esquema 1- Acoplamiento magnético entre inductores. 2 - definición de la inductancia mutua. 3 - Circuito primario y circuito secundario. 4- Marcas de polaridad de las bobinas 5- Transformador ideal. 6- Relación de espiras. 7- Circuitos equivalentes. 8 - Reflexión de la impedancia del circuito secundario en el circuito primario. 9- Pérdidas en los transformadores no ideales. 10- Transformadores trifásicos
- 5. Desarrollo 1- Acoplamiento magnético entre inductores En electrónica se denomina acoplamiento magnético al fenómeno físico por el cual el paso de una corriente eléctrica variable en el tiempo por una bobina produce una diferencia de potencial entre los extremos de las demás bobinas del circuito. Cuando este fenómeno se produce de forma indeseada se denomina diafonía. Este fenómeno se explica combinando las leyes de Ampere y de Faraday. Por la primera, sabemos que toda corriente eléctrica variable en el tiempo crea un campo magnético proporcional, también variable en el tiempo. La segunda nos indica que todo flujo magnético variable en el tiempo que atraviesa una superficie cerrada por un circuito induce una diferencia de potencial en este circuito. 2 - definición de la inductancia mutua Esto es cuando un cambio en el campo en una bobina produce un efecto en la otra bobina que está cerca. Si dos bobinas ocupan el mismo lugar, y normalmente los voltajes inducidos debido al cambio en la actual estarán relacionadas directamente con el número de vueltas en cada bobina. Cuando las dos bobinas se colocan más cerca uno del otro y se suministra una corriente alterna para producir un campo magnético que está en movimiento, a continuación, una cierta magnitud de voltaje se inducirá en la segunda bobina. Se experimentarán una mayor tensión inducida desde interlink edad será mayor. Por otro lado, cuando las dos bobinas se colocan lejos unos de otros, a continuación, la medida en que las bobinas interrelacionan es inferior y esto implica una tensión menor inducida en la segunda bobina. Por ejemplo, dadas dos bobinas que están cerca uno del otro, si para una determinada corriente alterna cambio de 1A/s en la primera bobina produce campos móviles que induce
- 6. una tensión promedio de 1V en la segunda bobina luego la inductancia mutua de las dos bobinas se dice que es de 1 H. Inductancia mutua es ampliamente utilizado en la fabricación de transformadores donde los fabricantes siempre probar tanto como sea posible para lograr una mayor inductancia mutua. Las dos bobinas se colocan normalmente cerca uno del otro y casi todo el campo de la primera bobina cruza la segunda bobina. Cuando todas las líneas de campo cortar la otra bobina, a continuación, el acoplamiento de los dos transformadores se dice que en la unidad. Inductancia mutua está dada por; M = (L1 * L2) Donde M es la inductancia mutua, L1 es la inductancia de la bobina de primera y L2 es la inductancia de la bobina del segunda. Ya que siempre es imposible lograr el acoplamiento de la unidad, luego la inductancia mutua es dada por la fórmula M = k (L1 * L2) Donde k es el coeficiente de acoplamiento. El coeficiente de acoplamiento normalmente expresa el grado de acoplamiento y siempre es un número decimal a menos que el acoplamiento es en la unidad. Cuando las bobinas están bien acopladas aumenta el coeficiente de acoplamiento y cuando las bobinas son imprecisas es muy baja. El valor del coeficiente de acoplamiento varía con la aplicación. Por ejemplo, para power trans formadores siempre muy alta y que exceda 0.98 mientras que por otro lado, los circuitos de frecuencia de radio pueden tener un coeficiente de acoplamiento muy bajo que puede ser tan bajo como 0,01. El conocimiento de la inductancia mutua es muy importante en la construcción de muchos circuitos eléctricos; casi todos los circuitos eléctricos requieren tanto poder se dio un paso hacia arriba o hacia abajo y esta es la función principal de un transformador.
- 7. 3 - Circuito primario y circuito secundario. Sistema de distribución: Un sistema de distribución de energía eléctrica es un conjunto de equipos que permiten energizar en forma segura y confiable un
- 8. número determinado de cargas, en distintos niveles de tensión, ubicados generalmente en diferentes lugares. El circuito primario se carga a un 50% de su capacidad nominal, con el objeto de que el mismo sea capaz de soportar la carga de otro circuito al momento de realizar en fases, bajo una condición de mantenimiento o emergencia. La caída de tensión permitida en el circuito primario es como máximo de un 1%. La caída de tensión permitida en el circuito secundario es como máximo de un 3%. La red de distribución en Venezuela se caracteriza por poseer diferentes niveles de voltaje de operación. Esta diversidad técnica permite minimizar las pérdidas de energía. El proceso de Distribución de la energía eléctrica generada y por CORPOELEC, es posible gracias a 572 subestaciones, con una capacidad de transformación de 9.200 mega voltamperios, MVA, y una red de distribución conformada por 88 mil kilómetros de longitud. La Red de Distribución de la Energía Eléctrica o Sistema de Distribución de Energía Eléctrica es la parte del sistema eléctrico cuya función es el suministro de energía desde la subestación de distribución hasta los usuarios finales (medidor del cliente). Se lleva a cabo por los Operadores del Sistema de Distribución. 4- Marcas de polaridad de las bobinas Las bobinas secundarias de los transformadores monofásicos se arrollan ya sea en el mismo sentido de la bobina primaria o en el sentido opuesto, esto según el criterio del fabricante. Debido a esta situación, podría ser que la intensidades de corriente eléctrica en la bobina primaria y la intensidad de corriente en la bobina secundaria circulen en un mismo sentido, o en sentido opuesto.
- 9. 5- Transformador ideal. Un transformador ideal es un artefacto sin pérdidas, con una bobina de entrada y una bobina de salida. Las relaciones entre los voltajes de entrada y de salida, y entre la corriente de entrada y de salida, se establece mediante dos ecuaciones sencillas. La figura l muestra un transformador ideal. Figura 1. a) Esquema de un transformador ideal. b) Símbolos esquemáticos de un transformador ideal.
- 10. En el transformador que se muestra en la figura 1 tiene NP espiras de alambre sobre su lado primario y NS de espiras de alambre en su lado secundario. La relación entre el voltaje VP(t) aplicado al lado primario del transformador y el voltaje VS(t) inducido sobre su lado secundario es VP(t) / VS(t) = NP / NS = a En donde a se define como la relación de espiras del transformador a = NP / NS La relación entre la corriente ip(t) que fluye en el lado primario del transformador y la corriente is(t) que fluye hacia fuera del lado secundario del transformador es NP * iP(t) = NS * iS(t) iP(t) / iS(t) = 1 / a En términos de cantidades fasoriales, estas ecuaciones son VP / VS = a IP / IS = 1 / a Nótese que el ángulo de la fase de VP es el mismo que el ángulo de VS y la fase del ángulo IP es la misma que la fase del ángulo de IS. La relación de espiras del transformador ideal afecta las magnitudes de los voltajes y corrientes, pero no sus ángulos. Las ecuaciones anteriores describen la relación entre las magnitudes y los ángulos de los voltajes y las corrientes sobre los lados primarios y secundarios del transformador, pero dejan una pregunta sin respuesta: dado que el voltaje del circuito primario es positivo en un extremo especifico de la espira, ¿cuál sería la polaridad del voltaje del circuito secundario?. En los transformadores reales sería posible decir la polaridad secundaria, solo si el transformador estuviera abierto y sus bobinas examinadas. Para evitar esto, los transformadores usan la convección de puntos. Los puntos que aparecen en un extremo de cada bobina en la figura1 muestran la polaridad del voltaje y la corriente sobre el lado secundario del transformador. La relación es como sigue: 1.- Si el voltaje primario es positivo en el extremo punteado de la bobina con respecto al extremo no punteado, entonces el voltaje secundario será también positivo en el extremo punteado. Las polaridades de voltaje son las mismas con respecto al punteado en cada lado del núcleo. 2.- Si la corriente primaria del transformador fluye hacia dentro del extremo punteado de la bobina primaria, la corriente secundaria fluirá hacía afuera del extremo punteado de la bobina secundaria.
- 11. 6- Relación de espiras Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
- 12. 7- Circuitos equivalentes Ya se ha adelantado el concepto de circuito equivalente, al decir, por ejemplo, que un Generador real es equivalente a uno ideal con su resistencia interna en serie. La idea es más general: Circuito equivalente de uno dado es otro ficticio que, visto desde sus terminales, se COMPORTAigual que el dado. Dicho de otra manera, es un artificio matemático por medio del cual se consigue estudiar el comportamiento de un circuito mediante otro más sencillo. El circuito equivalente NO es igual que el original: tan sólo su comportamiento hacia el exterior es igual que el del original. REPASEMOS: Las Leyes de Ohm y Kirchoff La Ley de Ohm establece la relación que existe entre la corriente en un circuito y la diferencia de potencial (voltaje) aplicado a dicho circuito. Esta relación es una función de una constante a la que se le llamó resistencia.
- 13. 8 - Reflexión de la impedancia del circuito secundario en el circuito primario. Durante el transporte de la energía eléctrica se originan pérdidas que dependen de su intensidad. Para reducir estas pérdidas se utilizan tensiones elevadas, con las que, para la misma potencia, resultan menores intensidades. Por otra parte es necesario que en el lugar donde se aplica la energía eléctrica, la distribución se efectúe a tensiones más bajas y además se adapten las tensiones de distribución a los diversos casos de aplicación. La preferencia que tiene la corriente alterna frente a la continua radica en que la corriente alterna se puede transformar con facilidad. La utilización de corriente continua queda limitada a ciertas aplicaciones, por ejemplo, para la regulación de motores. Sin embargo, la corriente continua adquiere en los últimos tiempos una significación creciente, por ejemplo para el transporte de energía a tensiones extra altas. Para transportar energía eléctrica de sistemas que trabajan a una tensión dada a sistemas que lo hacen a una tensión deseada se utilizan los transformadores. A este proceso de cambio de tensión se le "llama transformación".
- 14. 9- Pérdidas en los transformadores no ideales. Al usar este método a través de la medición de la tensión, intensidad de corriente y potencia solamente en el bobinado primario y dejando el bobinado secundario abierto es decir el bobinado secundario no será recorrido por ninguna intensidad y de esta manera obtenemos directamente la potencia perdida en hierro Las pérdidas en el hierro las podemos medir fácilmente, leyendo la entrada en vatios por medio de un vatímetro. Es conveniente controlar la tensión aplicada al bobinado del transformador por ejemplo usando un autotransformador variando la tensión desde cero hasta el valor de la tensión nominal Métodoparadeterminar las pérdidas enel cobre METODO DEL CORTO CIRCUITO Con este método en corto circuito conseguimos las intensidades nominales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al bobinado primario y cortocircuitando el bobinado secundario con un amperímetro (como se indica en la siguiente figura) El método consiste en aplicar progresivamente una tensión voltio a voltio, hasta llegar a las intensidades nominales en los bobinados La tensión aplicada, una vez alcanzada la intensidad nominal en el secundario, recibe el nombre de tensión de corto circuito. Esta tensión supone un valor bajo con respecto a la tensión nominal aplicada al transformador cuando está en carga Estas pérdidas las podemos determinar directamente con el vatímetro conectándolo en el bobinado primario
- 15. 10- Transformadores trifásicos Los transformadores trifásicos han venido siendo útiles para la generación de corriente en grandes redes eléctricas son lo más usual en lo que tiene que ver al número de usuarios de tipo comercial e industrial que hacen uso del sistema, y es necesario considerar la importancia que tienen el mismo. Para la energía de un sistema trifásico se puede transformar por medio de tres transformadores monofásico en otro caso solo con el uso de un transformador trifásico, por facilidad en las instalaciones eléctrica o ya sea por razones de tipo económico, es preferible el uso del transformador trifásico. Normalmente los transformadores trifásicos están constituidos de un núcleo que tiene 3 columnas y sobre cada una se encuentran los devanados primarios y secundarios. Estos devanados pueden conectarse en estrella, delta o zig-zag de las cuales se las puede hacer nueve combinaciones. Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros factores. El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de hierro o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.
- 17. Conclusión Al finalizar este ensayo puedo mencionar las siguientes conclusiones Las principales perdidas que existen en un transformador monofásico son causadas por flujos de histéresis, corrientes parasitas, y perdidas en el cobre Podemos reducir estas pérdidas de potencia en el transformador y mejorando su eficiencia tomando en cuanta varios aspectos a la hora de la construcción de un transformador tales aspectos pueden ser, el uso de chapas en el núcleo, la selección adecuada del material magnético a utilizar, entre otros El transformador es una gran herramienta en la vida humana, y si tomamos en cuenta los aspectos mencionados en este ensayo a la hora de construir un transformador, tendremos una maquina eléctrica con menos perdidas y con una alta eficiencia optimizando nuestro trabajo